Двухтрубный масляный амортизатор

Двухтрубный масляный амортизатор — это тип гидравлического амортизатора, конструкция которого основана на двух коаксиально расположенных цилиндрах (трубах): внутреннем (рабочем) и внешнем (резервуарном). Применяется в подвесках колёсных транспортных средств для гашения колебаний кузова и колёс, возникающих при движении по неровной дороге. Принцип действия основан на преобразовании механической энергии колебаний в тепловую за счёт вязкого трения при перетекании рабочей жидкости (масла) через калиброванные отверстия (клапаны) из одной полости в другую. Двухтрубная схема является одной из наиболее распространённых в автомобильной промышленности, наряду с однотрубными (газовыми) амортизаторами.

История

Первые амортизаторы, использующие принцип гидравлического сопротивления, появились в начале XX века. В 1902 году французский инженер Морис Гуди (Maurice Goudy) запатентовал конструкцию гидравлического амортизатора, однако коммерческое распространение получили более простые фрикционные устройства. В 1920-х годах компания Houdaille (США) начала массовое производство гидравлических амортизаторов рычажного типа, которые устанавливались на автомобили Ford Model T и другие модели.

Двухтрубная конструкция в современном виде была разработана в 1930-х годах. В 1932 году инженер компании Monroe (США) Уильям Х. Монро (William H. Monroe) предложил конструкцию, в которой рабочий цилиндр помещался внутрь резервуара, заполненного маслом. Это позволило решить проблему компенсации изменения объёма жидкости при нагреве и обеспечить более стабильную работу амортизатора. В 1936 году компания Monroe начала серийное производство двухтрубных амортизаторов, которые стали стандартом для американского автопрома. В 1950-х годах двухтрубные амортизаторы вытеснили рычажные конструкции благодаря компактности, меньшей массе и более высокой эффективности.

В СССР первые двухтрубные амортизаторы выпускались с 1940-х годов для грузовых автомобилей ЗИС и ГАЗ. Массовое применение на легковых автомобилях началось с моделей «Москвич-401» (1954) и ГАЗ-21 «Волга» (1956). К 1970-м годам двухтрубные масляные амортизаторы стали доминирующим типом для всех классов автомобилей в мире.

Устройство

Двухтрубный масляный амортизатор состоит из следующих основных элементов:

• Внутренний (рабочий) цилиндр — стальная труба, внутри которой перемещается поршень со штоком. Внутренняя полость цилиндра заполнена рабочей жидкостью (амортизаторным маслом).
• Поршень — подвижный элемент, разделяющий внутренний цилиндр на две полости: надпоршневую (со стороны штока) и подпоршневую (противоположную). Поршень оснащён клапанной системой: клапан сжатия (открывается при движении поршня вниз) и клапан отбоя (открывается при движении поршня вверх). Клапаны имеют калиброванные отверстия (дроссели) и пружины, регулирующие усилие открытия.
• Шток — хромированная стальная деталь, соединяющая поршень с верхней опорой амортизатора. Шток уплотняется сальником, предотвращающим утечку масла.
• Внешний (резервуарный) цилиндр — труба большего диаметра, охватывающая внутренний цилиндр. Пространство между цилиндрами образует компенсационную полость, частично заполненную маслом и частично — воздухом (или газом, в газомасляных модификациях).
• Донный клапан — клапан, расположенный в нижней части внутреннего цилиндра. Обеспечивает перетекание масла между внутренним цилиндром и компенсационной полостью при работе амортизатора.
• Сальник штока — уплотнительное устройство, предотвращающее выход масла наружу и попадание грязи внутрь амортизатора.
• Корпус (кожух) — внешняя оболочка, защищающая резервуарный цилиндр от механических повреждений. Часто окрашен в чёрный цвет.

Принцип работы

Принцип действия двухтрубного масляного амортизатора основан на гидравлическом сопротивлении. При перемещении поршня относительно цилиндра масло перетекает через клапаны поршня и донный клапан, создавая силу, противодействующую движению.

Ход сжатия

При сжатии подвески (поршень движется вниз) объём подпоршневой полости уменьшается, а надпоршневой — увеличивается. Масло из подпоршневой полости через клапан сжатия поршня перетекает в надпоршневую полость. Одновременно часть масла через донный клапан вытесняется в компенсационную полость, так как в надпоршневую полость входит шток, занимающий часть объёма. В компенсационной полости воздух (или газ) сжимается, компенсируя изменение объёма жидкости.

Ход отбоя

При отбое (поршень движется вверх) объём надпоршневой полости уменьшается, а подпоршневой — увеличивается. Масло из надпоршневой полости через клапан отбоя поршня перетекает в подпоршневую полость. Недостаток масла в подпоршневой полости компенсируется поступлением жидкости из компенсационной полости через донный клапан. Воздух в компенсационной полости расширяется, возвращаясь в исходное состояние.

Клапанная система

Клапаны поршня и донный клапан обеспечивают нелинейную характеристику сопротивления. При малых скоростях перемещения поршня (мелкие неровности) масло перетекает через калиброванные отверстия (дроссели), создавая небольшое сопротивление. При больших скоростях (крупные неровности, удары) клапаны открываются, пропуская больший поток масла и ограничивая рост усилия. Это предотвращает жёсткие удары в подвеске и обеспечивает комфорт.

Классификация

Двухтрубные масляные амортизаторы классифицируются по нескольким признакам:

По типу рабочей среды

• Масляные (гидравлические) — компенсационная полость заполнена воздухом при атмосферном давлении. Просты и дёшевы, но подвержены кавитации (образованию пузырьков воздуха в масле) при интенсивной работе.
• Газомасляные (газогидравлические) — компенсационная полость заполнена азотом под низким давлением (2–10 бар). Газ предотвращает кавитацию, улучшает стабильность работы и уменьшает пенообразование масла. Являются наиболее распространённым типом в современных автомобилях.

По конструктивному исполнению

• Симметричные — имеют одинаковое сопротивление на сжатие и отбой.
• Несимметричные — сопротивление на отбой обычно в 2–4 раза выше, чем на сжатие, что обеспечивает лучшее гашение колебаний кузова.
• С регулировкой — оснащены внешним регулировочным винтом, изменяющим проходное сечение клапанов (жёсткость амортизатора).

По назначению

• Передние и задние — различаются по длине, ходу штока и креплению.
• Для легковых автомобилей — рассчитаны на малые и средние нагрузки.
• Для внедорожников и грузовиков — усиленные, с большим диаметром цилиндра и штока.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Простота конструкции и низкая стоимость производства.
• Высокая надёжность и долговечность при правильной эксплуатации.
• Меньшая чувствительность к загрязнению рабочей жидкости по сравнению с однотрубными амортизаторами (благодаря наличию компенсационной полости, где оседают частицы).
• Возможность работы в широком диапазоне температур (при использовании качественного масла).
• Относительно малая длина в сжатом состоянии, что упрощает компоновку в подвеске.

Недостатки

• Склонность к кавитации при интенсивной работе (в масляных вариантах), что приводит к потере эффективности и шуму.
• Меньшая эффективность охлаждения по сравнению с однотрубными амортизаторами (масло нагревается быстрее при длительной работе).
• Ограниченная возможность регулировки характеристик без замены клапанов.
• Большая масса по сравнению с однотрубными аналогами при одинаковых габаритах.

Применение

Двухтрубные масляные амортизаторы широко применяются в подвесках легковых автомобилей, внедорожников, микроавтобусов и лёгких грузовиков. Они устанавливаются на автомобили всех классов — от бюджетных моделей (Lada Granta, Renault Logan) до премиальных (Mercedes-Benz S-Class, BMW 7 Series). В грузовом транспорте используются в подвесках кабин и сидений водителя.

В мотоциклах двухтрубные амортизаторы применяются реже, уступая место однотрубным газовым конструкциям из-за требований к компактности и охлаждению. В велосипедных амортизаторах двухтрубная схема встречается в некоторых моделях задних амортизаторов (например, Fox DHX).

Техническое обслуживание и ремонт

Двухтрубные масляные амортизаторы являются неразборными (в большинстве случаев) и не подлежат ремонту в условиях автосервиса. При выходе из строя (утечка масла, потеря эффективности, стуки) амортизатор заменяется новым. Срок службы зависит от условий эксплуатации и составляет от 60 до 150 тысяч километров пробега.

Основные признаки неисправности:

• Масляные подтёки на корпусе амортизатора.
• Увеличение раскачки кузова после неровностей.
• Стуки при работе подвески.
• Неравномерный износ шин.

Интересные факты

• Двухтрубные амортизаторы Monroe были установлены на автомобиль, который выиграл первые гонки «24 часа Ле-Мана» в 1923 году (Bentley 3 Litre).
• В СССР двухтрубные амортизаторы выпускались на Горьковском автомобильном заводе (ГАЗ) и Московском заводе «Москвич». Модели ГАЗ-21 и ГАЗ-24 оснащались амортизаторами с воздушной компенсацией.
• В 1960-х годах компания Koni (Нидерланды) разработала двухтрубные амортизаторы с регулировкой жёсткости, которые использовались в автоспорте.
• Современные двухтрубные амортизаторы могут оснащаться электронным управлением (адаптивные подвески), где клапаны управляются электромагнитами.

Источники

• Бекман В. В. Автомобильные амортизаторы. — М.: Машиностроение, 1970. — 192 с.
• Гришкевич А. И. Автомобили: Теория. — М.: Высшая школа, 1986. — 240 с.
• Раймпель Й. Шасси автомобиля: Амортизаторы, шины и колёса. — М.: Машиностроение, 1986. — 320 с.
• Патент US 2080052 A (Monroe, 1936).
• Техническая документация компании Monroe (Tenneco Automotive).